现代科学革命的“导火线”一一经典物理学危机
19 世纪 80 年代,当克斯韦电碰理论建立之后,物理学家都很兴奋。爱因斯坦曾回忆说:“在我的学生时代,最使我着迷的课题是麦克斯书理论。”他认为麦克斯韦同法拉第理论之间的关系,如同伽利略的力学同牛顿力学之间的关系一样,前者直觉地抓住了事物的联系,后者严格地把这些联系用公式表述出来。不少人认为经典物理学的体系已经很完美了。另一位有代表性的物理学家是英国的开尔文,他在 1900 年发表的“新年贺中说:“现在已经基本建成科学大厦中,后辈的物理学家只能做一些零碎的修补工作了。”他认为,在物理学晴朗的上空,仅有两朵残存的“乌云”,这就是“以太危机”和经典黑体辐射公式中的“紫外光灾难”所谓“以太危机’”指牛顿提出的“绝对静止的坐标系”,它同传播万有引力的特殊介质“以太”相联系,“以太”粒子极共微小,它没有重量却有很大的弹性系数。显然,“以太”构想的提出是牛顿机械物质观和运动观的表现,它不能接受任何没有中介传递物质的:“超距”相互作用,只有想象透明的、充满于字由空间的“以太”。麦克斯韦的电磁场理论曾经否定了最初的以太假设,认为电磁场的传播不需要个质。于是, 19世纪未有一批实验科学家设法探测“以太风”,结果大都是否定的。特别是 1887 年美国科学家迈克尔逊和莫雷的干涉实验,有力地证明了以太坐标系并不存在。“紫外光灾难”指 1899 年瑞利和琼斯总结出黑体辐射的经验式,得出辐射密度函数同热幅射频率的平方成正比的规律。按照这个公式,当波的波长很短、频率很大(如紫时光)时,射密度几乎趋于无穷大,这是不合理的。表明经典热辐射公式没有反映黑体的本质和共同规律,仅仅是从经验总结出适合于长波段的公式。开尔文对经典物理发展前景的估计是有些保守了,但他能看出在晴朗天空中的“两朵乌云”是对经典物理学的挑战,这种认识还颇有洞察力。解决这两个危机,是现代物理学革命的突破点。
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